增益可自动调节的电压放大器

1、电子技术基础课程设计报告 学校名称： 所在院系： 课程名称：电子技术基础课程设计设计题目：增益可变的交流放大器班 级：实验时间： 指导教师： 目录内容摘要P2第一部分设计方案的技术指标与思路的确定P2-P3第二部分设计方案选择与比较 P3-P4第三部分硬件电路1、频率脉冲产生电路P4-P52、固定的放大倍数控制电路 P63、74LS90构成的计数器电路 P6-P84、放大倍数的调制及选择电路 P8-P105、74LS47译码及数码显示电路 P106、反馈电阻选择电路 P10-P117、放大电路 P11-P13第四部分实验总电路图P14元件清单 P15第五部分 电路的搭建和调试 P16-P17第

2、六部分 实验结果的记录与分析 P18-P20第七部分 心得体会 P20参考文献 P20内容摘要本设计主要采用分立元件与集成元件搭建而成，基本部分以UA741为放大核心，辅以频率产生电路、延时/固定放大倍数控制电路、脉冲计数电路、显示电路、选择电路以及人机接口电路组成。当固定放大倍数控制端为低电平时，555芯片产生1Hz的方波脉冲与自身相或后通过计数器74LS90对脉冲进行计数，再通过双四选一选择器CD4052（U6）对74LS90的计数结果进行选择后分别送入数码管译码器74LS47和放大反馈电阻选择电路，数码管译码器74LS47驱动数码管显示当前的放大倍数。当固定放大倍数控制端为高电平时，计数

3、器输出的信号失效，此时数码管译码器74LS47驱动数码管显示当前的放大倍数为放大倍数调制端输入的放大倍数。放大第一部分为反馈电阻选择电路CD4052（U8）和第一个反相比例放大电路，反馈电阻选择电路CD4052（U8）通过送入的信号不同选择不同的反馈电阻实现对输入信号相应数码管示数的反相放大电压。第二部分再经过第二个反相比例放大器对上一级放大的电压再一次反相则得到相应数码管示数的同相放大电压。第一部分 设计方案的技术指标与思路的确定一、设计题目及主要技术指标1、设计题目 增益可自动变换的放大器设计2、主要技术指标 1）放大器增益可在0.5倍、1倍、2倍、3倍四档间巡回切换，切换频率为1Hz。

4、2）也能够对任意一种增益进行选择和保持，能长时间显示当前放大倍数档位。二、设计思路1）放大器的电压增益由反馈电阻控制，因此只要改变反馈电阻就能切换不同的增益范围。2）增益的自动切换，可通过译码器输出信号，四选一控制模拟开关来实现不同反馈电阻的接入。3）对某一种增益的选择、保持通常由芯片的地址输入和使能端控制；在进行巡回检测时，其增益的切换频率由时钟脉冲决定。第二部分 设计方案选择与比较实现途径的选择 方案一：通过51单片机编程来控制模块功能电路实现对本次设计所要求的功能，优点是电路简单、稳定性性强、可移植性好，操作简单，但是单片机对外电路的要求比较高，成本较高。方案二：通过硬件分立与集成元件实

5、现，虽然硬件电路比较繁琐，开发周期长，但硬件电路相对软件可靠性强，更加直观。综合两个方案以及个人的情况，选择方案二。计数模块的选择 方案一：选用74LS160，74LS160是一个具有异步清零、同步置数、可以保持状态不变的十进制上升沿计数器，完全符合设计需要。方案二：选择74LS90,74LS90为二-五-十进制计数器，通过复位亦可实现本设计对计数的需要。综合两个方案均符合设计要求，基于现实条件及实现的难度选择方案二。反馈电阻选择模块的选择方案一：选用CD4051，CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。方案二：

6、选用CD4052，是一个差分4通道数字控制模拟开关，有A、B两个二进制控制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。综合考虑，本设计需要二位的双通道数据选择器，故选择方案二。显示模块的选择方案一：选择74LS47，74LS47是低电平有效的BCD码显示芯片，因此需要共阳极的数码管和它进行匹配，可行。方案二：选用常用的CD4511译码芯片，它是高电平有效，输出信号可以直接送入对应数码管管脚驱动数码管显示，实现比较简单。综合两个方案，都可行，任选其一。放大模块的选择方案一：选择运放LM324，LM324是四运放集成电路，正负电源供电，无需外部偏置元件，但对高频信号的放大效果不好。方案二

7、：选用运放UA741，是高增益单运算放大器，也是正负电源供电，适应电压范围广，对高频信号的放大效果较好。综合两个方案，选择方案二。第三部分 硬件电路1、频率脉冲产生电路本设计需要一个脉冲信号，产生1HZ的脉冲555定时器的引脚图如下上图为用555定时器组成的多谐振荡器用于产生1Hz方波信号，其输出状态在0和1之间。电路没有稳态，仅存两个暂稳态，电路亦不需外加触发信号，利用电源通过R1，R2向C1充电，C1通过R2向放电端7放电，使电路产生振荡。电容C1在1/3VCC和2/3VCC之间充电和放电。输出的时间参数是：T=TW1+TW2，TW1=0.7（R1+R2）C1，TW2=0.7R2C1555

8、电路要求R1与R2均应大于或等于1K欧，但是R1+R2应小于或等于3.3K欧。 外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。T=0.7（R1+2R2）C1或f=1.43/(R1+2R2)C12、固定的放大倍数控制电路（1）当开关拨动到左边时（低电平）输送到AB端的信号（00）选通了CD4052（U6）的X0、Y0端，即此时输出端X、Y输出的是X0、Y0的信号也就是计数器的输出信号。（2）当开关拨动到右边时（高电平）输送到AB端的信号（11）选通了CD4052（U6）的X3、Y3端，即此时输出端X、Y输出的是X3、Y3的

9、信号也就是所要控制的放大倍数信号，此时计数器的输出信号不再起作用。3、74LS90构成的计数器电路计数部分采用74LS90构成其管脚图的分布如下：注：S9即对应的R9，CKA、CKB即对应的CP1、CP2。其真值表如下：芯片功能简介：（1） 计数脉冲从CKA输入，Q0作为输出端，为二进制计数器。（2） 计数脉冲从CKB输入，Q3、Q2、Q1、作为输出端，为异步五进制计数器。（3） 若将CP2和Q0相连，计数脉冲从CKA输入，Q3、Q2、Q1、Q0作为输出端，构成8421码十进制加法计数器。（我们用到的就是这个原理来获得四进制，实现0、1、2、3跳变）（4） 若将CP1和Q3相连，计数脉冲从CK

10、B输入，Q0、Q3、Q2、Q1作为输出端，构成5421码十进制加法计数器。（5） 异步清零：当R0(1)、 R0(2)均为“1”时R9(1) R9(2)中有“0”时，实现异步清零功能。（我们用到的就是这个原理来实现异步清零的功能）（6） 置9功能：当R9(1)、 R9(2)均为“1”时R0(1) R0(2)中有“0”时，实现置九功能。其电路图如下：1Hz的脉冲信号自身相或后送入计数器的输入端，当放大倍数控制端为低电平时，计数器的计数脉冲为1Hz的脉冲信号，实现增益的循环与显示，当放大倍数控制端为高电平时计数器的输入信号失效。增益不再循环显示，而是一个固定倍数的增益。4、放大倍数的调制及选择电路

11、放大倍数的调制及选择通过CD4052进行，CD4052的真值表如下：CD4052的管脚分布如下其电路图如下：固定的放大倍数控制电路输出接CD4052的选择端AB。当低电平输入时，CD4052选通计数器的两个输入X0、Y0，将计数器的输入送入译码及数码管显示和反馈电阻选择电路，实现增益的循环放大。当高电平输入时，CD4052选通按键的输入X3、Y3，将放大倍数调制端的输入送入译码及数码管显示和反馈电阻选择电路，实现对特定增益的放大，并且增益一直保持下去。5、74LS47译码及数码显示电路 74LS47管脚分布如下：译码及数码显示电路如下；经CD4052选择后的输出A、B分别送入74LS47的输入

12、端，译码器74LS47将编码得到的二进制转换成十进制以便用数码管显示。6、反馈电阻选择电路其电路图如下：经CD4052（U6）选择后的输出A、B分别送入反馈电阻选择电路的CD4052（U7），当A、B为不同的高低电平组合时，CD4052会选通不同阻值的电阻接入放大器的反馈回路，实现不同放大倍数的选择。当控制端A和B为不同数值时，电路的几种工作状态：当A=0，B=0时，即X与X0接通，即此时的增益为0.5倍。当A=1，B=0时，即X与X1接通，即此时的增益为1倍。当A=0，B=1时，即X与X2接通，即此时的增益为2倍。当A=1，B=1时，即X与X3接通，即此时的增益为3倍。7、放大电路放大电路选

13、用集成单运放UA741，其管脚图如下：1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源 8空脚。根据题目要求需要放大0.5、1、2、3，则比例放大电路应选择反相比例放大，放大后再对输出进行反相。放大电路图如下：其中放大器的2号与6号引脚连接反馈电阻选择电路，根据反相放大电路的放大倍数公式：Av=-R2/R1（近似）. 则当R1=1K时，放大倍数分别为0.5、1、2、3是R2应对选择。0.5K、1K、2K、3K。最后加一个电压增益为1的反相放大电路即可。反相比例运算电路及原理分析如下：输入电压Ui通过电阻R1作用于集成运放的反相输入端，故输出电压Uo与Ui反相。

14、同相输入端通过电阻R2接地，R2为补偿电阻，以保证集成运放输入级差分放大电阻的对称型；其值为Ui=0（即将输入端接地）时反相输入端总等效电阻，即各支路电阻的并联，因此R2=R1/R3（条件）此时：Uo=(-R3/R1)Ui在这个原理下理想数据分析如下：当增益为0.5时 R2=1K;R1/R3=1/3;Ui=0.54Ui;相对误差0.08当增益为1时 R2=1K;R1/R3=1/2;Ui=1.08Ui;相对误差0.08当增益为2时 R2=1K;R1/R3=2/3;Ui=2.36Ui;相对误差0.18当增益为3时 R2=1K;R1/R3=3/4;Ui=3.22Ui;相对误差0.07第四部分 实验总

15、电路图元件清单器件种类器件型号元件参数数量备注芯片NE555无374LS32无174LS90无174HC4052无274LS47无1UA741无2电阻普通电阻100K3普通电阻10K7普通电阻1K3普通电阻2K1普通电阻3K1普通电阻0.5K1普通电阻0.2K7可调电阻200K1电容瓷片电容10uf1瓷片电容0.01uf1其它开关无5七段数码管无1共阳极备注：以上各种器件购买两份，以备后用。第五部分 电路的搭建和调试（1） 硬件电路搭建把一个总电路分成若干单元电路，分别进行搭建和调试，在完成各单元电路搭建的基础上逐步扩大组合和调试的范围，最后完成整个设计的搭建和调试。搭建电路时注意各个管脚的对

16、应关系。调试时应注意做好调试记录，仔细观察各部分的现象和波形特点，以便于分析和运行时参考和撰写设计报告。注：搭建电路之前，将需要用到的元器件测量一下，看看其参数是否满足需求。具体调试步骤如下：1、通电前检查电路搭建完毕，首先直观检查电路各部分接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路，器件有无接错。2、通电检查接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，则应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。 3、单元电路调试在调试单元电路时应明确本部分的调试要求，按调试要求测试性能指标和观察波形。调试顺序按信号的流向进行，这样可以把前面调试过的输出信号

17、作为后一级的输入信号，为最后的整体联调创造条件。4、整体联调整机联调时应观察各单元电路连接后各级之间的信号关系，主要观察动态结果，检查电路的性能和参数，分析测量的数据和波形是否符合设计要求，对发现的故障和问题及时采取处理措施。（2）硬件电路的调试过程：这次的调试过程还是比较顺利的，因为这次用的是试验箱，相对来说省却了不少麻烦，我们以集成电路为中心，并根据输入输出分离的原则，以适当的间距来安排其他元件。根据仿真好的电路图有电路图左到右安装。注意地线，电源线，尽可能归并统一。搭建完成后，需详细检查电路图，看是否会漏线，或者接错线。拿到元件的时候首先要做的就是用仪器把每个元件测量一遍，看是否是要求中

18、需要的与它的标称值相不相等，因为虽然元件的质量虽然比较好，但依然会有可能有故障或者误差比较大的。元件会较多，但测量不要嫌麻烦，真正做到疏而不漏。（3）调试结果：接入电源，固定放大倍数的控制端置零，数码管循环显示0-3，按下调零端，数码管显示0。跳变过程中，将固定放大倍数的控制端置一，数码管显示设定的增益。将函数发生器接入到信号输入端，将输出端与输入信号一起送示波器显示，示波器将显示特定增益的波形，根据示波器的波形，记录实验结果，并分析与计算值的误差。第六部分 实验结果的记录与分析（1）实验数据增益输入输出理想值(Vpp)误差（实验/理想）0.550Hz、Vpp=1V520mv540mv0.04/0.08150Hz、Vpp=1V1000mv1080mv0/0.08250Hz、Vpp=1V2000mv2360mv0/0.08350H